宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个(gè)反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

开心的笑了是地还是得，开心地笑是什么笑a-ratio="0.5597331716191631" data-type="jpeg" data-w="1649" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大开心的笑了是地还是得，开心地笑是什么笑部(bù)分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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