宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度(dù)上(shàng)的(de)微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)特朗普中文名字叫什么，特朗普英文全名叫什么并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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