宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那(n上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表à)么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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