宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没有足(zú)够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dc42排列组合公式怎么算，A42排列组合公式é)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实c42排列组合公式怎么算，A42排列组合公式验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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