宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)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(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星gpa和mpa单位换算和pa，1mpa等于多少pa(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地(dì)球gpa和mpa单位换算和pa，1mpa等于多少pa围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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