宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的(de)各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一(yī)。

高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来atio="0.5835579514824798" data-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，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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