宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)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(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是宁波华茂外国语学校学费多少高中，宁波华茂外国语学校学费多少一学期上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测(cè)到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较(jiào)高(g宁波华茂外国语学校学费多少高中，宁波华茂外国语学校学费多少一学期āo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的(de)，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”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)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(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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