宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)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。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(arctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xìarctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质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(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的(de)除(chú)了(le)暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用arctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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