宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

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

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特(tè)在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(学年是什么意思？应该怎样填，2022至2023学年是什么意思xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的(de)理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，学年是什么意思？应该怎样填，2022至2023学年是什么意思而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)学年是什么意思？应该怎样填，2022至2023学年是什么意思验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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