宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xī不动声色的意思是什么解释，不动声色的意思是什么(最佳答案)ng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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