宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

克己慎独守心明性 什么意思出自哪里，心有山海 静而不争什么意思pe="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，瑞士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

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

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)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(dé)多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(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(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么(me)来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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