宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)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(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远朝受命夕饮冰出处，朝受命夕饮冰昼无为夜难眠什么意思距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

朝受命夕饮冰出处，朝受命夕饮冰昼无为夜难眠什么意思io="0.5597331716191631" data-type="jpeg" data-w="1649" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在(zài)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(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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