宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xī精彩演绎是什么意思解释，精彩演绎是啥意思ng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，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(duì)银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)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(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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