宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)空气炸锅是不是一定要放烤架上 空气炸锅没有烤架能用吗质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太阳系位空气炸锅是不是一定要放烤架上 空气炸锅没有烤架能用吗于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们(men)需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，空气炸锅是不是一定要放烤架上 空气炸锅没有烤架能用吗这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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