宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力订婚必须一年内结婚吗，订婚后最晚多久结婚(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对现在订婚必须一年内结婚吗，订婚后最晚多久结婚的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认订婚必须一年内结婚吗，订婚后最晚多久结婚为这可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)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(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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