宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán云南有哪几云南有哪几个市 云南是几线城市个市 云南是几线城市)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大云南有哪几个市 云南是几线城市小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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