宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度特朗普中文名字叫什么，特朗普英文全名叫什么(dù)的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的(de)气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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