宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测(cè)量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心中考的报名号指什么意思，中考的报名号是什么意思距离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的(de)另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和(hé)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭(中考的报名号指什么意思，中考的报名号是什么意思niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)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(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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