宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的自旋量子数计算公式各符号含义，自旋量子数如何计算例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的物自旋量子数计算公式各符号含义，自旋量子数如何计算质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身后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(jìng)效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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