宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。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(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河(hé)系(xì)的第凛冽和凌冽的区别是什么，凌冽与凛冽拼音三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生凛冽和凌冽的区别是什么，凌冽与凛冽拼音碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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