宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们(men)需(xū)要(yào)对现在的(de)物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例正负数加减法则顺口溜有哪些题目，正负数加减法则顺口溜有哪些呢是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)正负数加减法则顺口溜有哪些题目，正负数加减法则顺口溜有哪些呢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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