宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)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(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二画家刘一民作品值多少 刘一民是山东还是广东值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没(m画家刘一民作品值多少 刘一民是山东还是广东éi)有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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