宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de小学学籍号在线查询官网入口，小学生学籍号自助查询)理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正小学学籍号在线查询官网入口，小学生学籍号自助查询好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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