宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

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

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以2料酒可以用白酒替代吗，料酒可以用白酒替代吗20千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入(rù)了(le)外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(k料酒可以用白酒替代吗，料酒可以用白酒替代吗uàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同(料酒可以用白酒替代吗，料酒可以用白酒替代吗tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不(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(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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