宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(z杨志性格特点及主要事迹概括，杨志性格特点及主要事迹100字ī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(杨志性格特点及主要事迹概括，杨志性格特点及主要事迹100字bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(杨志性格特点及主要事迹概括，杨志性格特点及主要事迹100字zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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