宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需(xū)要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平护士是事业编制吗 2023年护士还有编制吗(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)护士是事业编制吗 2023年护士还有编制吗可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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