宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存(cún江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳(yáng江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句)系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异(yì)也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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