宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解还不够爬到底是什么结构的字啊，爬是什么结构的字,是先外后内吗全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体(爬到底是什么结构的字啊，爬是什么结构的字,是先外后内吗tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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