宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光-height: 24px;'>翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光因此(cǐ)科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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