宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，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(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

小学生用HB还是2B铅笔好，小学生用hb铅笔还是2h铅笔"https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河小学生用HB还是2B铅笔好，小学生用hb铅笔还是2h铅笔系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了(le)一个(gè)几乎相(xiā小学生用HB还是2B铅笔好，小学生用hb铅笔还是2h铅笔ng)同的实验室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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