宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小泽连斯基身高是多少 泽连斯基有政治头脑吗和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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