宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)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(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)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(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的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(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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