宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(s异丁烯结构式图片，异丁烯结构式怎么写hì)它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的(de)有(yǒu)效异丁烯结构式图片，异丁烯结构式怎么写性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力！

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