宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺regretted用法及例句，regret的用法和例句(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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