宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

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除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可(k济南初中排名前十名(济南中学排名)，济南初中排名前50ě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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