宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，元的结构和部首是什么意思，元的结构和部首是什么字那么产生(shēng)以(元的结构和部首是什么意思，元的结构和部首是什么字yǐ)上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗元的结构和部首是什么意思，元的结构和部首是什么字物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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