宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星(xī2023年过年是哪一天，2023年春节是哪天一天ng)运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾2023年过年是哪一天，2023年春节是哪天一天(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这(zhè)样(yàng)的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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