宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学省属国企和央企有什么区别 所有央企都是国企吗家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(省属国企和央企有什么区别 所有央企都是国企吗lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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