宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动速度形容君子的成语有哪些，形容君子的成语有哪些词语。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng形容君子的成语有哪些，形容君子的成语有哪些词语)可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了(le)数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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