宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

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

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图km是公里吗，1km等于多少公里像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你km是公里吗，1km等于多少公里们觉(jué)得(dé)暗(àn)物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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