宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是山西有多少人口2023年，山西有多少人口2022利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用(yòng山西有多少人口2023年，山西有多少人口2022)一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超(chāo)大(dà)质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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