宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和(hé)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么2024年房价会继续下跌吗又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)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(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可(kě)2024年房价会继续下跌吗能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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