宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)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(kē)学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透中考立定跳远满分多少米2023，中考立定跳远男生评分标准2022(tòu)镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各中考立定跳远满分多少米2023，中考立定跳远男生评分标准2022(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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