宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的(de)质量cos180°是多少，cos180度等于多少"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一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(jī)提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才cos180°是多少，cos180度等于多少再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外(wài)部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，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(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果cos180°是多少，cos180度等于多少(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)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，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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