宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就为什么管拜登叫拜振华？ 拜登是哪年出生开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū为什么管拜登叫拜振华？ 拜登是哪年出生)人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒(lì)子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又(yòu)在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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