宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的(de)引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hò俄罗斯乌克兰什么时候结束战争u)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现俄罗斯乌克兰什么时候结束战争暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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