宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lì无锡市是几线城市ng)一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力无锡市是几线城市很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

无锡市是几线城市ta-type="jpeg" data-w="1234" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/82fd8b93a96870b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力(lì)！

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