宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们对(duì)这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使c上标3下标5怎么算公式，c上标2下标5怎么算用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc1149c上标3下标5怎么算公式，c上标2下标5怎么算05。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻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(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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