宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)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(de)数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句-type="jpeg" data-w="1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的(de)普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，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(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的(de)差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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