宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以(ycos2x等于多少二倍角公式，cos2x等于多少公式ǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人(cos2x等于多少二倍角公式，cos2x等于多少公式rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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