宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的乌克兰人口多少亿人2022，乌克兰有多少人口2020(de)相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征和第一乌克兰人口多少亿人2022，乌克兰有多少人口2020(yī)个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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