宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(山西有多少人口2023年，山西有多少人口2022shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)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剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)山西有多少人口2023年，山西有多少人口2022德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声山西有多少人口2023年，山西有多少人口2022(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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