宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生的引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上(shàng)，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(xì)的运行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)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，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系(xì)的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“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(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全(quán)部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙为什么管拜登叫拜振华？ 拜登是哪年出生当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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