宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。iphone12换电池多少钱只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zàiphone12换电池多少钱i)不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的方iphone12换电池多少钱(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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