宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这非常漂亮英文怎么写单词，非常漂亮英文怎么写怎么读些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发(fā)现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中(非常漂亮英文怎么写单词，非常漂亮英文怎么写怎么读zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观(guān)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(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)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(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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