宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

我国雨带移动规律及其影响，我国雨带移动规律口诀tio="0.5500910746812386" data-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(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì我国雨带移动规律及其影响，我国雨带移动规律口诀)使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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