宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之一。

使出吃奶的劲儿，吃奶的劲都使出来了是什么意思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(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。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同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不使出吃奶的劲儿，吃奶的劲都使出来了是什么意思是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的(de)温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(p使出吃奶的劲儿，吃奶的劲都使出来了是什么意思ò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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