宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系(xì)的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。<中国哪里的莲子最好吃/p>

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它(tā)的大(dà)质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

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除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡中国哪里的莲子最好吃。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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