宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的唇炎吃什么维生素，唇炎吃什么维生素好异常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更唇炎吃什么维生素，唇炎吃什么维生素好遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，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(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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