宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克特(tè)在(zài)观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克"0.46758039008961516" data-type="jpeg" data-w="1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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