宇宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质2022中国挖了乌克兰多少人才，中国从乌克兰引进了多少人才量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的(de)质(zh2022中国挖了乌克兰多少人才，中国从乌克兰引进了多少人才ì)量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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