宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)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(fāng)法来解(jiě)释暗物池子为什么被封杀质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入其中。

池子为什么被封杀"https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另池子为什么被封杀(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去(qù)的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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