宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)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(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn适合初中生的网课平台免费，国家提供的免费网课平台)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ适合初中生的网课平台免费，国家提供的免费网课平台)在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质，是(适合初中生的网课平台免费，国家提供的免费网课平台shì)这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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