宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的(dsand可数吗还是不可数，thousand可数吗e)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间(jiān)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MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2sand可数吗还是不可数，thousand可数吗025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢(nsand可数吗还是不可数，thousand可数吗e)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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