宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)兰州理工大学是一本还是二本 兰州理工大学是211吗变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们(men兰州理工大学是一本还是二本 兰州理工大学是211吗)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)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，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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