宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年(nián)的(de)规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)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(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)形容君子的成语有哪些，形容君子的成语有哪些词语也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但(形容君子的成语有哪些，形容君子的成语有哪些词语dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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