宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85爱屋及乌是什么意思解释，爱屋及乌是什么意思英语%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新爱屋及乌是什么意思解释，爱屋及乌是什么意思英语的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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