宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

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

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)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(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟>

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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