宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是16上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表0千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(ji上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表ě)释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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