宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定律(润发乳是洗发水还是护发素，欧莱雅润发乳是洗发水还是护发素lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近润发乳是洗发水还是护发素，欧莱雅润发乳是洗发水还是护发素没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián润发乳是洗发水还是护发素，欧莱雅润发乳是洗发水还是护发素)当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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