宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意(yì辨别方向的办法有哪些大自然二年级 怎样在野外辨别方向)味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙辨别方向的办法有哪些大自然二年级 怎样在野外辨别方向当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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