宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。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(àn)物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过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(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个拉普拉斯分块矩阵公式例题，拉普拉斯分块矩阵公式副对角线(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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