宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次c42排列组合公式怎么算，A42排列组合公式的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìngc42排列组合公式怎么算，A42排列组合公式)其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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