宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(保送生是什么意思 如何成为保送生，中考保送生是什么意思guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

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除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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