宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的亲家公亲家母是什么意思，梦见亲家母是什么意思微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的(de)气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗亲家公亲家母是什么意思，梦见亲家母是什么意思物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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