宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在(上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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