宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场全国文明城市几年评选一次 全国文明城市是不是终身制效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng全国文明城市几年评选一次 全国文明城市是不是终身制)第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们(men)之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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