宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在(zài)科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这2023年过年是哪一天，2023年春节是哪天一天意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的(de)人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速(s2023年过年是哪一天，2023年春节是哪天一天ù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域(yù)到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。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(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)2023年过年是哪一天，2023年春节是哪天一天的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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