宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对于星(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(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着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法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存(cún第一次染发对头发伤害大吗，三类人不适合染发)在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所第一次染发对头发伤害大吗，三类人不适合染发理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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