宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来(lái)验证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的20mm等于多少厘米 20mm是多大本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(z20mm等于多少厘米 20mm是多大hě)说是(shì)生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这20mm等于多少厘米 20mm是多大样的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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