宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(56是什么意思 56是什么尺码de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

56是什么意思 56是什么尺码 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(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质(zhì)量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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