宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法431mm是多少厘米 431mm是多少米来解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据431mm是多少厘米 431mm是多少米是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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