宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

宁缺毋滥愿遇良人什么意思，各位看官 皆遇良人什么意思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(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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