宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ陈奕迅《是但求其爱》歌词是什么，陈奕迅《是但求其爱》歌词是什么歌)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星陈奕迅《是但求其爱》歌词是什么，陈奕迅《是但求其爱》歌词是什么歌(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上升(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(fāng)式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/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的急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù陈奕迅《是但求其爱》歌词是什么，陈奕迅《是但求其爱》歌词是什么歌)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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