宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通c上标3下标5怎么算公式，c上标2下标5怎么算过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/c上标3下标5怎么算公式，c上标2下标5怎么算秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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