宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，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们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。10克是几两对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

10克是几两coding="async" data-ratio="0.5929919137466307" data-type="jpeg" data-w="1484" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/3b484d043bd3430.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)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(rén)员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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