宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结(jié)果(guǒ)却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗dà)于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释(shì)的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分(f空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗ēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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