宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)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(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(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(xíng)连(lián)通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质junk food 可数吗，junk food是单数还是复数就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

junk food 可数吗，junk food是单数还是复数ta-type="jpeg" data-w="1234" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/82fd8b93a96870b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系(xì)的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèijunk food 可数吗，junk food是单数还是复数)米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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