宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的(de)结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分之一。<手机扩展内存是什么意思/p>

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de手机扩展内存是什么意思)目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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