宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。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论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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