宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)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(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

龙有几个爪 龙有两个根吗ata-type="jpeg" data-w="龙有几个爪 龙有两个根吗1649" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气(qì)体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)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)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

龙有几个爪 龙有两个根吗ata-w="1545" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/8743f9db0f4ec1b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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