宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应该是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(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn拉普拉斯分块矩阵公式例题，拉普拉斯分块矩阵公式副对角线)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些(拉普拉斯分块矩阵公式例题，拉普拉斯分块矩阵公式副对角线xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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