宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并自旋量子数计算公式各符号含义，自旋量子数如何计算(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学实自旋量子数计算公式各符号含义，自旋量子数如何计算验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗自旋量子数计算公式各符号含义，自旋量子数如何计算(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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