宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

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

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn2023年初一什么时候军训，初一什么时候军训2022)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了(le)这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间(2023年初一什么时候军训，初一什么时候军训2022jiān)，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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