宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

聚丙烯和聚乙烯有什么区别，二聚环戊二烯a-ratio="0.6186612576064908" data-type="jpeg" data-w="1479" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/46f985a9e4c3e7e.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(聚丙烯和聚乙烯有什么区别，二聚环戊二烯xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)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(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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