宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物谨以此文是什么意思，谨以此文用在哪里质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒谨以此文是什么意思，谨以此文用在哪里(lì)子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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