宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，仲尼适楚,出于林中,见佝偻者承蜩,犹掇之也翻译，仲尼适楚,出于林中,见佝偻者承蜩,犹掇之也议论文这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

仲尼适楚,出于林中,见佝偻者承蜩,犹掇之也翻译，仲尼适楚,出于林中,见佝偻者承蜩,犹掇之也议论文data-w="1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙仲尼适楚,出于林中,见佝偻者承蜩,犹掇之也翻译，仲尼适楚,出于林中,见佝偻者承蜩,犹掇之也议论文德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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