宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

厦门有几个区，厦门有几个区分别叫什么ratio="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(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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