宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结(jié)果一致arctan0等于多少派，arctan0等于多少兀怎么算，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向arctan0等于多少派，arctan0等于多少兀怎么算距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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