宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它(tā)们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增青岛农业大学专科在哪个校区，青岛农业大学专科在哪里？加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很(hěn)多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们(men)不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里青岛农业大学专科在哪个校区，青岛农业大学专科在哪里？的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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