宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系(x说明方法有哪些及作用答题格式，三年级说明方法有哪些及作用ì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现说明方法有哪些及作用答题格式，三年级说明方法有哪些及作用，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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