宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团(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(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接(氧氧化铁和稀盐酸反应现象及方程式，氧化铁和稀盐酸反应现象原因化铁和稀盐酸反应现象及方程式，氧化铁和稀盐酸反应现象原因jiē)通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度(dù)信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的(de)暗(àn)物质(zhì)会(huì)不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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