宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了(le)海王星(xīng)的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，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是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测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器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物(wù)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着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差(chà)异也(yě)可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利(lì)游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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