宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)sand可数吗还是不可数，thousand可数吗现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)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(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

sand可数吗还是不可数，thousand可数吗ype="jpeg" data-w="1234" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/82fd8b93a96870b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特(tè)征和第一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据(jù)了(le)。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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