宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

穿着高跟鞋的女奥特曼，穿红色高跟鞋的奥特曼src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(sh穿着高跟鞋的女奥特曼，穿红色高跟鞋的奥特曼ì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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