宇宙是“人为制造”的？为何(hé中国一共有多少万亿钱)会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相(中国一共有多少万亿钱xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，中国一共有多少万亿钱在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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