宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(板凳的量词是一把还是一只啊 凳子可以用什么单位来表示dù)比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全板凳的量词是一把还是一只啊 凳子可以用什么单位来表示部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的(de)数量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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