宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道上海为什么被称为魔都？传说......，上海为什么被称为魔都四大魔都分别为哪四个的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当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”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

上海为什么被称为魔都？传说......，上海为什么被称为魔都四大魔都分别为哪四个 decoding="async" data-ratio="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(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，上海为什么被称为魔都？传说......，上海为什么被称为魔都四大魔都分别为哪四个太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)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)，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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