宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通(tōng)过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāknow过去分词是什么写，know过去分词是什么词i)始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dknow过去分词是什么写，know过去分词是什么词ì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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