宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

瘦的女孩子是不是容易满足，为什么瘦人的紧呢type="jpeg" data-w="1647" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/7e58e8fcd62ac7f.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)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，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落(luò)的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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