宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，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，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)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(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

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所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有(y闺蜜说他老公特别大怎么回复，闺蜜说他老公特别大怎么安慰ǒu)另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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