宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有银(yín)河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

外科鼻祖是谁？ta-w="1484" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/a67445eab7c8392.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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