宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，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，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发(fā)现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一(yī)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，这里的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之2023年过年是哪一天，2023年春节是哪天一天相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立(lì)了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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