宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)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(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它arctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的arctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)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流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)，它(tā)们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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