宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

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

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)2023年石油会暴涨吗，今日油价格表量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯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(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的(de)。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以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，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)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(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是(shì)探索(su2023年石油会暴涨吗，今日油价格表ǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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