宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然(rán)哲(zhé)学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现(cos2x等于多少二倍角公式，cos2x等于多少公式xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系(xì)的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qūcos2x等于多少二倍角公式，cos2x等于多少公式)域，但实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，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(shì)人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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