宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百(不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要(不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵yào)的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵-type="jpeg" data-w="1545" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/8743f9db0f4ec1b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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