宇宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(循序渐进是什么意思解释，女生说循序渐进是什么意思dàn)星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(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(le)。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直(zh循序渐进是什么意思解释，女生说循序渐进是什么意思í)致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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