宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座(zuò卓越计划是什么意思，卓越计划是什么意思 报名条件有哪些)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的(de)氢卓越计划是什么意思，卓越计划是什么意思 报名条件有哪些元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(卓越计划是什么意思，卓越计划是什么意思 报名条件有哪些men)对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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