宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系画家刘一民作品值多少 刘一民是山东还是广东团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù画家刘一民作品值多少 刘一民是山东还是广东)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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