宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的(de)存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量简朴和俭朴的区别是什么，简朴和俭朴的区别在哪消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

简朴和俭朴的区别是什么，简朴和俭朴的区别在哪ng="async" data-ratio="0.5597331716191631" data-type="jpeg" data-w="1649" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观(guān)测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能(néng)够(gòu)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(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

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自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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