宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果600毫升等于多少斤水，800ml是多少水出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地(dì)球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落(lu600毫升等于多少斤水，800ml是多少水ò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动600毫升等于多少斤水，800ml是多少水(dòng)力！

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