宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从(có高中毕业时一般都多大年龄啊 高中毕业属于什么学历ng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在高中毕业时一般都多大年龄啊 高中毕业属于什么学历(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得(dé)到(dào)相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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