宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我2022年中本贯通上海有哪些学校，中本贯通上海有哪些学校分数(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片2022年中本贯通上海有哪些学校，中本贯通上海有哪些学校分数(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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