宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的上海为什么被称为魔都？传说......，上海为什么被称为魔都四大魔都分别为哪四个(de)是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变上海为什么被称为魔都？传说......，上海为什么被称为魔都四大魔都分别为哪四个得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实上海为什么被称为魔都？传说......，上海为什么被称为魔都四大魔都分别为哪四个验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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