宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法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之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí铜的化合价怎么判断+2和+1的区别，汞的化合价)到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次(cì)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(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相铜的化合价怎么判断+2和+1的区别，汞的化合价对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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