宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们(men)对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来(lái1tbsp等于多少克细砂糖，1.5g盐大概有多少)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

1tbsp等于多少克细砂糖，1.5g盐大概有多少 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)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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