宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量(为什么公鸡不能炖汤，公鸡汤和母鸡汤的区别liàng)"，需要的(de)数据(jù)是测(cè)量各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的为什么公鸡不能炖汤，公鸡汤和母鸡汤的区别千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

为什么公鸡不能炖汤，公鸡汤和母鸡汤的区别 decoding="async" data-ratio="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(yǐ)在(zài)理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)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行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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