宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系(电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(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(zhōng)的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗)通过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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