宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”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(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的(d社日节是什么节日 社日节是农历几月初几e)结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这社日节是什么节日 社日节是农历几月初几时开始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概(gài)念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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