宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是描写瘦西湖春天的诗句，扬州瘦西湖美景佳句不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

描写瘦西湖春天的诗句，扬州瘦西湖美景佳句="async" data-ratio="0.5597331716191631" data-type="jpeg" data-w="1649" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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