宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的(d竹荪煮多久e)速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计(jì)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220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。竹荪煮多久p>

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时(shí)间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号(hào)的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和(hé)第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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