宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团一米等于多少微米等于多少纳米，一厘米等于多少微米的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

一米等于多少微米等于多少纳米，一厘米等于多少微米>

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。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(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(一米等于多少微米等于多少纳米，一厘米等于多少微米wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，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(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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