宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质50倍防晒霜能防晒多久，50倍防晒霜能防晒多久时间(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)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中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)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验室，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越50倍防晒霜能防晒多久，50倍防晒霜能防晒多久时间暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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