宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí白头发从哪开始白，白头发从发梢开始白是什么原因)中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

白头发从哪开始白，白头发从发梢开始白是什么原因a-type="jpeg" data-w="1234" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/82fd8b93a96870b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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