宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测(cè)量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)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速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的(de)人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)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。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)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(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(g临平职高有哪些专业是大专，临平职高有哪些专业是大专3十2uān)键的(de)用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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