宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家蘑菇头比较大做起来，女不怕粗短就怕蘑菇头们(men)在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认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(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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