宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了抖音音乐排行榜，2022年最好听的十首最火歌曲一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一抖音音乐排行榜，2022年最好听的十首最火歌曲样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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