宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如(合肥市小学最新排名一览表，合肥市全部小学排名一览表rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

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

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的(de)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。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测(cè合肥市小学最新排名一览表，合肥市全部小学排名一览表)到的周期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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