宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

一山放过一山拦全诗原版，一山放过一山拦全诗是什么诗io="0.6186612576064908" data-type="jpeg" data-w="1479" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/46f985a9e4c3e7e.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(f一山放过一山拦全诗原版，一山放过一山拦全诗是什么诗ǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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