宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算(suà球缺的体积怎么算，球缺的体积公式是什么n)，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万(wàn)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(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ球缺的体积怎么算，球缺的体积公式是什么)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此球缺的体积怎么算，球缺的体积公式是什么，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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