宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

精彩演绎是什么意思解释，精彩演绎是啥意思="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(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)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、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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