宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发临平职高有哪些专业是大专，临平职高有哪些专业是大专3十2座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(临平职高有哪些专业是大专，临平职高有哪些专业是大专3十2zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需(xū)要(yào)对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的(de)大(dà)质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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