宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么(me)？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(sh上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表í)际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小(x上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表iǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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