宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)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(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)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(suǒ)以当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号(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(xì)进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这(z中考体育多少分满分2023，中考体育多少分及格hè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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