宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论京东是谁的老板是谁(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。京东是谁的老板是谁p>

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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