宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他(tā中国的三线城市有哪些 排名，中国的三线城市有哪些2022)们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星(xīng)系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(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(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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