宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的77年属什么今年多大，77年属什么今年多大2023异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向77年属什么今年多大，77年属什么今年多大2023心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却(què)只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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