宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星(xī2004年后勤工程学院有专科吗 后勤工程学院可以当兵吗ng)系团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当2004年后勤工程学院有专科吗 后勤工程学院可以当兵吗中还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集(jí)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(zài)照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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