宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ru左右结构相同的字有哪些，左右结构相同的字大全ì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可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(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(左右结构相同的字有哪些，左右结构相同的字大全chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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