宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范(f衢州是哪个省的城市 衢州在浙江富裕吗àn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴衢州是哪个省的城市 衢州在浙江富裕吗上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度(dù)会减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)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(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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