宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却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(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行(x康桥在哪里再别康桥，徐志摩康桥在哪里íng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方康桥在哪里再别康桥，徐志摩康桥在哪里式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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