宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)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(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度1米等于多少厘米换算表，一米等于多少厘米换算单位周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，1米等于多少厘米换算表，一米等于多少厘米换算单位它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力(lì)！

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