宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没(méi)有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星(特朗普是哪个党派的 特朗普是美国第几任xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(y特朗普是哪个党派的 特朗普是美国第几任ǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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