宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇什么叫垂足和垂点，什么叫垂足四年级宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地(d什么叫垂足和垂点，什么叫垂足四年级ì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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