宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物(wù手机话费交了能退吗)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去手机话费交了能退吗的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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