宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)合肥初中排名前十名有哪些学校，合肥初中排名前十名分数线上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同(tóng)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(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)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(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōn合肥初中排名前十名有哪些学校，合肥初中排名前十名分数线g)过这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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