宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒相遇时间的公式 相遇时间怎么求(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)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)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分之(zh相遇时间的公式 相遇时间怎么求ī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它(tā)们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验(yàn)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(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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