宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)湘d是湖南哪里的车牌，湘d是湖南哪里的车牌号外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一个地(dì)方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们(湘d是湖南哪里的车牌，湘d是湖南哪里的车牌号men)也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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