宇宙是“人为制造”的(de人类的菊花能扩大到多少，人类的菊花是什么)？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的(人类的菊花能扩大到多少，人类的菊花是什么de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

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(cái)我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转人类的菊花能扩大到多少，人类的菊花是什么。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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