宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

使我不得开心颜上一句是什么"0.5500910746812386" data-type="jpeg" data-w="1647" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/7e58e8fcd62ac7f.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律，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(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对(duì)现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的使我不得开心颜上一句是什么倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)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(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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