宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

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

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，拐点和驻点的区别是什么意思，拐点和驻点的关系除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)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(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)拐点和驻点的区别是什么意思，拐点和驻点的关系学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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