宇宙是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星(xīng)家长意见怎么写最简单家长评语20字，家长意见怎么写最简单 家长评语20字以内系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气(家长意见怎么写最简单家长评语20字，家长意见怎么写最简单 家长评语20字以内qì)体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来家长意见怎么写最简单家长评语20字，家长意见怎么写最简单 家长评语20字以内越多(duō)的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量(liàng)也(yě)符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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