宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(h华夏儿女指什么意思，华夏儿女是啥意思uò)者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用(yòng)，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的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(z华夏儿女指什么意思，华夏儿女是啥意思é)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观(gu华夏儿女指什么意思，华夏儿女是啥意思ān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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