宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米来吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)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)们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(lé15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米i)斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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