宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称式是(shì)不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要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。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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