宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(z电影中杀青一词是指什么意思，杀青一词是指什么意思啊ài)理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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