宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

撒贝宁个人资料简历g="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，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成撒贝宁个人资料简历这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过撒贝宁个人资料简历(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力！

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