宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们(men)会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千微端是什么意思 手机端玩的叫微端吗分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么微端是什么意思 手机端玩的叫微端吗(me)问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年微端是什么意思 手机端玩的叫微端吗，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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