宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的(de)巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有kj完是吞了还是吐了知乎，kj是不是很恶心任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进(jìn)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(jié)。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chénkj完是吞了还是吐了知乎，kj是不是很恶心g)不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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