宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学菲律宾国土面积有多大，菲律宾国土面积有多少平方公里无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)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(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)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(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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