宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存概率分布函数右连续怎么理解，什么叫分布函数的右连续在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)概率分布函数右连续怎么理解，什么叫分布函数的右连续，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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