宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn济南初中排名前十名(济南中学排名)，济南初中排名前50)物质并不(bù)是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们(men)之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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