宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(bi殇是什么意思怎么读拼音，殇是什么意思 怎么读伤感的一个字àn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)殇是什么意思怎么读拼音，殇是什么意思 怎么读伤感的一个字在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有(yǒu)其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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