宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天(说明方法有哪些及作用答题格式，三年级说明方法有哪些及作用tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

说明方法有哪些及作用答题格式，三年级说明方法有哪些及作用ata-w="1647" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/7e58e8fcd62ac7f.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi说明方法有哪些及作用答题格式，三年级说明方法有哪些及作用)着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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