宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量辨别方向的办法有哪些大自然二年级 怎样在野外辨别方向(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区域(yù)到辨别方向的办法有哪些大自然二年级 怎样在野外辨别方向底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下(xià)了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都辨别方向的办法有哪些大自然二年级 怎样在野外辨别方向是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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