宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在(zài)星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

放在里面睡一晚是什么感受，放里面睡觉是什么样的感受w="1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其放在里面睡一晚是什么感受，放里面睡觉是什么样的感受(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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