宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，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重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng卯怎么读，卯足劲是什么意思解释)值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，卯怎么读，卯足劲是什么意思解释暗物(wù)质正在通过这(z卯怎么读，卯足劲是什么意思解释hè)样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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