宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星42周是几个月，42周是几个月保质期系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(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50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，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米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个(gè)周期(qī)的规42周是几个月，42周是几个月保质期律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应42周是几个月，42周是几个月保质期，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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