宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)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(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì希望的拼音是什么)之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

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所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàn希望的拼音是什么g)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实(shí)验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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