宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，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1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y横截面是什么意思小学六年级，长方体的横截面示意图轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候，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当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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