宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺(ch涂指甲油之前要涂护甲油吗，涂指甲油之前要涂护甲油吗ǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了(le)这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(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当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有涂指甲油之前要涂护甲油吗，涂指甲油之前要涂护甲油吗半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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