宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xi陈述句是什么意思举个例子说明，陈述句是什么意思？语文ē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定陈述句是什么意思举个例子说明，陈述句是什么意思？语文律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，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，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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