宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(h河北保定技校排名，保定技校前十名òu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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