宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定小学六种说明方法及作用，六种说明方法及作用(简短)律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应(小学六种说明方法及作用，六种说明方法及作用(简短)yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季(jì)节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在小学六种说明方法及作用，六种说明方法及作用(简短)(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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