宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们武汉市初中排名表，武汉初中排名一览表前一百(men)发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dā武汉市初中排名表，武汉初中排名一览表前一百ng)中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个(gè)过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极武汉市初中排名表，武汉初中排名一览表前一百有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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