宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(形容君子的成语有哪些，形容君子的成语有哪些词语lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

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

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后(hòu形容君子的成语有哪些，形容君子的成语有哪些词语)的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗(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(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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