宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，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(xíng)了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温分数的导数公式口诀，分数的导数公式推导(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(d分数的导数公式口诀，分数的导数公式推导ān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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