宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

不朽的意思 decoding="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(ruì)士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng不朽的意思)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的(de)发(fā)现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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