宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系(x横截面是什么意思小学六年级，长方体的横截面示意图ì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一横截面是什么意思小学六年级，长方体的横截面示意图项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)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(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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