宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海上海梅林和中粮梅林的区别 中粮和梅林哪个更好王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很上海梅林和中粮梅林的区别 中粮和梅林哪个更好(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)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，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“上海梅林和中粮梅林的区别 中粮和梅林哪个更好南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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