宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒星运热量怎么换算成卡路里？1kj等于多少卡路里呢，1kj是多少卡路里计算器动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质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(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(热量怎么换算成卡路里？1kj等于多少卡路里呢，1kj是多少卡路里计算器tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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