宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xu77年属什么今年多大，77年属什么今年多大2023é)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿度、77年属什么今年多大，77年属什么今年多大2023土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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