宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(w马云看未来商铺的前景éi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

马云看未来商铺的前景 data-w="1647" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/7e58e8fcd62ac7f.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定(dìng)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之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ马云看未来商铺的前景)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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