宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，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，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量(l异丁烯结构式图片，异丁烯结构式怎么写iàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(异丁烯结构式图片，异丁烯结构式怎么写de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo异丁烯结构式图片，异丁烯结构式怎么写)这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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