宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学精忠报国的故事及主人公简介50字，精忠报国的故事及主人公简介100字家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xi精忠报国的故事及主人公简介50字，精忠报国的故事及主人公简介100字āng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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