宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

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于是科学家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个ln的公式大全，ln4-ln2等于多少实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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