宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该是16secx的不定积分推导过程，secx的不定积分推导过程图片0千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，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(àn)照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部(bù)分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地secx的不定积分推导过程，secx的不定积分推导过程图片球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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