宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微三角形中线长公式是什么，中线长公式是什么原因小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)三角形中线长公式是什么，中线长公式是什么原因力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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