宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)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(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当陌上花开是什么意思,代表什么，微信名陌上花是什么意思中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而陌上花开是什么意思,代表什么，微信名陌上花是什么意思随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人(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(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的(de)季(jì)节(jié)与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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