宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行(十二生肖的酉是什么动物呢，酉的生肖是什么生肖xíng)星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速十二生肖的酉是什么动物呢，酉的生肖是什么生肖度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)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(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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