宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学(xué)早鸟票什么意思 早鸟票是最便宜的吗原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

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所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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