宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

古代陇西成纪是现在的哪里，陇西成纪怎么读"https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/a67445eab7c8392.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)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假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而(é古代陇西成纪是现在的哪里，陇西成纪怎么读r)是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)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(de)情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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