宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(济南初中排名前十名(济南中学排名)，济南初中排名前50qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当济南初中排名前十名(济南中学排名)，济南初中排名前50(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前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(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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