宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之(zhī)一。

人+工念什么 人工念什么姓 data-type="jpeg" data-w="1484" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/a67445eab7c8392.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到人+工念什么 人工念什么姓星(xīng)系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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