宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方在职教育是什么意思，补充在职是什么意思法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以2在职教育是什么意思，补充在职是什么意思20千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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