宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“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据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)青岛农业大学专科在哪个校区，青岛农业大学专科在哪里？一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一(yī)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(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因青岛农业大学专科在哪个校区，青岛农业大学专科在哪里？(yīn)此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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