宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了(le)很多(duō)不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系(xì)的(de)平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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