宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家还(hái)发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

邵阳学院是几本大学ta-w="1649" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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