宇宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却(quarctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？è)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dānarctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？g)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)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(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过(guò)了(le)130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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