宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(r水浒传史进的主要事迹概括，水浒传史进的主要事迹有哪些èn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì水浒传史进的主要事迹概括，水浒传史进的主要事迹有哪些)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)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(bù)同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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