宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)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(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形(xíng)式(shì)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(wēi)基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现2023年中国贫困地区有哪些，中国贫困地区有哪些县象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)2023年中国贫困地区有哪些，中国贫困地区有哪些县或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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