宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)济南初中排名前十名(济南中学排名)，济南初中排名前50不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗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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