宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

大清道光元年是哪一年，道光元年是哪一年到哪一年io="0.5500910746812386" data-type="jpeg" data-w="1647" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/7e58e8fcd62ac7f.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)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(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至大清道光元年是哪一年，道光元年是哪一年到哪一年(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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