宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异(yì)常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(c42排列组合公式怎么算，A42排列组合公式jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhc42排列组合公式怎么算，A42排列组合公式ōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了(le)某种(zhǒngc42排列组合公式怎么算，A42排列组合公式)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)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，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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