宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng分号的用法有哪些词语，分号的用法及作用举例)、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着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(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力分号的用法有哪些词语，分号的用法及作用举例透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连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(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)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(jù)了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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