宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(ch风采风彩两个词的区别是什么，风采风彩两个词的区别在哪áng)，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行(xíng)速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚风采风彩两个词的区别是什么，风采风彩两个词的区别在哪集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)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区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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