宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(cos2x等于多少二倍角公式，cos2x等于多少公式yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了(le)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(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在(zài)的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远(yucos2x等于多少二倍角公式，cos2x等于多少公式ǎn)星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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