宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(z左右结构相同的字有哪些，左右结构相同的字大全uì)好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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