宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河(hé)系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

300mm是多少厘米 300mm是多大的鞋c="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/3b484d043bd3430.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù300mm是多少厘米 300mm是多大的鞋)意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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