宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

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于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析(xī倒装句是什么意思举例 语文，倒装句是什么意思举例)。但是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)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(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质(zhì)量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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