宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的排列组合公式a和c计算方法例题，排列组合公式a和c计算方法一样吗(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的(de)方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理(l排列组合公式a和c计算方法例题，排列组合公式a和c计算方法一样吗ǐ)论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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