宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发(fā)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(huì)知道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)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(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí浙f车牌号是哪个城市 浙J车牌号是哪个城市)析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)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，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(é浙f车牌号是哪个城市 浙J车牌号是哪个城市r)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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