宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在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(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离2023年过年是哪一天，2023年春节是哪天一天地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还2023年过年是哪一天，2023年春节是哪天一天有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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