宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地(dì)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(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测(cè)的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以(yln函数的运算法则求导，ln运算六个基本公式ǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西ln函数的运算法则求导，ln运算六个基本公式的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)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(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号(hào)的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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