宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)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(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

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据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(y天盛长歌顾南衣身世是什么，天盛长歌顾南衣身世揭晓ú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学(xué)家们已经提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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