宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)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(zhè)个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)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。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样爪zhua跟爪zhao的区别组词，爪zhua跟爪zhao的区别图解(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ爪zhua跟爪zhao的区别组词，爪zhua跟爪zhao的区别图解)伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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