宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外夂叫什么部首怎么读，夂叫什么部首拼音(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)夂叫什么部首怎么读，夂叫什么部首拼音方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，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(wèi)是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)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(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要(夂叫什么部首怎么读，夂叫什么部首拼音yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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