宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的中考体育多少分满分2023，中考体育多少分及格物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)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)楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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