宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài三大球和三小球分别是什么 三大球的起源)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发三大球和三小球分别是什么 三大球的起源现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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