宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质苏州是几线城市呢量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)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(yì)味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zh苏州是几线城市呢ì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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