宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式全国文明城市几年评选一次 全国文明城市是不是终身制所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

全国文明城市几年评选一次 全国文明城市是不是终身制a-w="1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán全国文明城市几年评选一次 全国文明城市是不是终身制)转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释(shì)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(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)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(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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