宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

子不学,非所宜什么意思，子不学,非所宜这句话是什么意思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，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到(d子不学,非所宜什么意思，子不学,非所宜这句话是什么意思ào)两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力(lì)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)，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。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)量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多(duō)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(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称(ch子不学,非所宜什么意思，子不学,非所宜这句话是什么意思ēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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