宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就(jiù)的(de)例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收(shōu)集，空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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