宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人(r山西有多少人口2023年，山西有多少人口2022én)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可(kě)能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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