宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还(hái)发现了(le)一(yī)个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光腰围63是多少尺码，腰围63是多大尺码年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到腰围63是多少尺码，腰围63是多大尺码这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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