宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这2022年中国人平均身高是多少，中国最新身高统计数据些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系(xì)的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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