宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效(xià三大改造的内容和意义，简述三大改造的内容o)果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

三大改造的内容和意义，简述三大改造的内容src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此三大改造的内容和意义，简述三大改造的内容(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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