宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì鸢尾花怎么读拼音，鸢怎么读)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某鸢尾花怎么读拼音，鸢怎么读种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实(shí)验(yàn)方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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