宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

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

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìngarctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？)在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)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)科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在arctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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