宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的团费收缴标准是多少钱，团费收缴标准是多少钱一个月引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要(yào)对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其团费收缴标准是多少钱，团费收缴标准是多少钱一个月(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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