宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)牛心管是牛的什么部位 牛心顶是黄喉吗有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

牛心管是牛的什么部位 牛心顶是黄喉吗随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的(de)动力！

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