宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(li根号20等于多少 化简 根号怎么算àng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速(sù)度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框根号20等于多少 化简 根号怎么算架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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