宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物100块钱值多少美元，100美元是几百元钱质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定100块钱值多少美元，100美元是几百元钱有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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