宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dì16英寸是多少厘米，16英寸是多少厘米长ng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)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)家们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们(men)需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)16英寸是多少厘米，16英寸是多少厘米长到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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