宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)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(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射(shè)。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(dàn)实际上它(tā)们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意合肥市小学最新排名一览表，合肥市全部小学排名一览表大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应(yīng)的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lì合肥市小学最新排名一览表，合肥市全部小学排名一览表ng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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