宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄长沙哪个区是中心区，长沙哪个区属于市中心动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

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

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解长沙哪个区是中心区，长沙哪个区属于市中心(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)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(mó)上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí长沙哪个区是中心区，长沙哪个区属于市中心)质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第(dì)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(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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