宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚坡比1_1.5怎么计算坡长，坡度最简单的计算方法在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的(de)各(gè)个(gè)星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速(sù)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(de)原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)坡比1_1.5怎么计算坡长，坡度最简单的计算方法看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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