宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量30公分等于几厘米 30公分等于30厘米吗并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

30公分等于几厘米 30公分等于30厘米吗e="jpeg" data-w="1484" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/a67445eab7c8392.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东(dōng)西(xī)的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需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(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力的(de)证据了(le)。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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