宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

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

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速(sù)度(dù)。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量四川的拼音怎么拼写的，四川拼音怎么拼写读音的之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上四川的拼音怎么拼写的，四川拼音怎么拼写读音的(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们(men)大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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