宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星时(shí)的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对(d鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星uì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质(zh鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星ì)比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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