宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最(商业用电多少钱一度 商业用电跟住宅用电有什么区别zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到商业用电多少钱一度 商业用电跟住宅用电有什么区别(dào)进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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