宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发15英寸等于多少厘米 15英寸等于多少寸现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同15英寸等于多少厘米 15英寸等于多少寸性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)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(xīn)的(de)动(dòng)力！

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