宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这在职教育是什么意思，补充在职是什么意思个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些在职教育是什么意思，补充在职是什么意思推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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