宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。教师一年的工作日有多少天，一年有多少周另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。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)解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的(de)其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè教师一年的工作日有多少天，一年有多少周)质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)教师一年的工作日有多少天，一年有多少周”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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