宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种亡羊补牢告诉了我们什么道理 二年级，亡羊补牢告诉了我们什么道理呢是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)亡羊补牢告诉了我们什么道理 二年级，亡羊补牢告诉了我们什么道理呢分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万亡羊补牢告诉了我们什么道理 二年级，亡羊补牢告诉了我们什么道理呢(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一个(gè)地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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