宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。山西有多少人口2023年，山西有多少人口2022被一个(gè)质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有山西有多少人口2023年，山西有多少人口2022半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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