宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们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(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据(jù)星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(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(w一文钱等于多少人民币，一贯钱相当于现在多少钱 line-height: 24px;'>一文钱等于多少人民币，一贯钱相当于现在多少钱ù)质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)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，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底一文钱等于多少人民币，一贯钱相当于现在多少钱(dǐ)存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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