宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)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(yú)理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(夏朝距今多少年，夏朝距今多少年2022shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个(gè)简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常夏朝距今多少年，夏朝距今多少年2022有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步(bù)的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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