宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的(de)运(yùn)动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)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)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(z福建省面积多少万平方公里 福建省是南方吗hì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu福建省面积多少万平方公里 福建省是南方吗)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的(de)一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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