宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì许昌学院是一本还是二本分数线，许昌学院是一本还是二本院校)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(许昌学院是一本还是二本分数线，许昌学院是一本还是二本院校shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说(许昌学院是一本还是二本分数线，许昌学院是一本还是二本院校shuō)之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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