宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大arctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力！

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