宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

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

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以儿童兴趣班有哪些项目排名，十大最无用的兴趣班待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们儿童兴趣班有哪些项目排名，十大最无用的兴趣班极有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动(dòng)力(lì)！

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