宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质分数的导数公式口诀，分数的导数公式推导量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，分数的导数公式口诀，分数的导数公式推导它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目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，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu分数的导数公式口诀，分数的导数公式推导)当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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