宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)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所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(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(shì)唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的(de)恒(héng)星数量却说明方法有哪些及作用答题格式，三年级说明方法有哪些及作用只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jì说明方法有哪些及作用答题格式，三年级说明方法有哪些及作用n)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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