宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(y2020湖南交通工程学院学费多少钱一年呢，湖南交通工程学院费用ǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)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(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律2020湖南交通工程学院学费多少钱一年呢，湖南交通工程学院费用。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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