宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的 src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以(酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不(bù)参(cān)与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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