宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围(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(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的(de)恒星数(shù)谈恋爱期间所有的转账可以起诉吗，恋爱期间的转账超过多少要还量却(què)只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着谈恋爱期间所有的转账可以起诉吗，恋爱期间的转账超过多少要还我们(men)需要(yào)对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu谈恋爱期间所有的转账可以起诉吗，恋爱期间的转账超过多少要还)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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