宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)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(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，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(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们(兰州理工大学是一本还是二本 兰州理工大学是211吗men)早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)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(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái兰州理工大学是一本还是二本 兰州理工大学是211吗)相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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