宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获(中国十大文武学校哪间好，中国十大文武学校排行榜huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质的中国十大文武学校哪间好，中国十大文武学校排行榜(de)假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星中国十大文武学校哪间好，中国十大文武学校排行榜(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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