宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。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星(xīng)系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但概率分布函数右连续怎么理解，什么叫分布函数的右连续是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不概率分布函数右连续怎么理解，什么叫分布函数的右连续同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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