宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(ji凸面镜和凹面镜成像的特点是什么呢，凸面镜与凹面镜成像特点ě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的凸面镜和凹面镜成像的特点是什么呢，凸面镜与凹面镜成像特点(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，凸面镜和凹面镜成像的特点是什么呢，凸面镜与凹面镜成像特点另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之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征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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