宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōn100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两g)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

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于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)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了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力(lì)！

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