宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异(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(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(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，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)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蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù合肥市小学最新排名一览表，合肥市全部小学排名一览表)质。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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