宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

润发乳是洗发水还是护发素，欧莱雅润发乳是洗发水还是护发素ng="async" data-ratio="0.5597331716191631" data-type="jpeg" data-w="1649" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)润发乳是洗发水还是护发素，欧莱雅润发乳是洗发水还是护发素古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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