宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

乔丹有多高src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/7e58e8fcd62ac7f.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运(y乔丹有多高ùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)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的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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