宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的(de)过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占(单亲家庭是什么意思zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之单亲家庭是什么意思(zhī)后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

单亲家庭是什么意思如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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