宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该韩红个人简历和职位 韩红是什么军衔被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(h韩红个人简历和职位 韩红是什么军衔ái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)韩红个人简历和职位 韩红是什么军衔什(shén)么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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