宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，湖南电大几本，湖南长沙电大是几本指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据(湖南电大几本，湖南长沙电大是几本jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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