宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的(de)结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)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学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是画的作者是谁 画的作者是高鼎吗在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地画的作者是谁 画的作者是高鼎吗下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗(à画的作者是谁 画的作者是高鼎吗n)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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