宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)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。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。湖南省国土面积多少平方公里,人口有多少万，湖南省国土面积和人口是多少经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的(de)实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视(湖南省国土面积多少平方公里,人口有多少万，湖南省国土面积和人口是多少shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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