宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学(xué)质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的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保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中天女散花的姿势是怎样的，男女之间天女散花是什么意思恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(à天女散花的姿势是怎样的，男女之间天女散花是什么意思n)物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器(qì)提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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