宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的福建省面积多少万平方公里 福建省是南方吗光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的(de)除(chú)了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球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(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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