宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

氧化铁和稀盐酸反应现象及方程式，氧化铁和稀盐酸反应现象原因ing="async" data-ratio="0.5500910746812386" data-type="jpeg" data-w="1647" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/7e58e8fcd62ac7f.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观测(cè)到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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