宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发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，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉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(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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