宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)正方形的棱长是什么意思，正方形的棱长是什么什么叫棱长符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

正方形的棱长是什么意思，正方形的棱长是什么什么叫棱长a-type="jpeg" data-w="1484" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/a67445eab7c8392.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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