宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài2004年后勤工程学院有专科吗 后勤工程学院可以当兵吗)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几2004年后勤工程学院有专科吗 后勤工程学院可以当兵吗百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球2004年后勤工程学院有专科吗 后勤工程学院可以当兵吗穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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