宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团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有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测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量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于(yú)银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，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(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zh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ōu)期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，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(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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