宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn张姓与什么姓是世仇 全国张姓是一家吗)。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在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(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中张姓与什么姓是世仇 全国张姓是一家吗第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么(me)？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)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(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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