宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个横截面是什么意思小学六年级，长方体的横截面示意图星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，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。当测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果(横截面是什么意思小学六年级，长方体的横截面示意图guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

横截面是什么意思小学六年级，长方体的横截面示意图="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/8743f9db0f4ec1b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

所以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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