宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结果却(què)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(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(z2022中国挖了乌克兰多少人才，中国从乌克兰引进了多少人才hì)存(cún)在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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