宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是30公分等于几厘米 30公分等于30厘米吗却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā30公分等于几厘米 30公分等于30厘米吗)们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)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原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)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(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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