宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长首项和末项的公式是什么，小学等差数列基本的5个公式期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)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，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系首项和末项首项和末项的公式是什么，小学等差数列基本的5个公式的公式是什么，小学等差数列基本的5个公式尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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