宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定七分之二十二是无理数吗，七分之22是不是无理数律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zh七分之二十二是无理数吗，七分之22是不是无理数ì)目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们七分之二十二是无理数吗，七分之22是不是无理数只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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