宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dà文章中副标题的格式怎么写，文章中副标题的格式要求n)是(shì)却没(méi)有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是文章中副标题的格式怎么写，文章中副标题的格式要求无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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