宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在16稚优泉这个牌子怎么样，稚优泉这个牌子怎么样啊87年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据(jù)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一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其(qí)他(tā)的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍稚优泉这个牌子怎么样，稚优泉这个牌子怎么样啊。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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