宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来"async" data-ratio="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，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)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(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来)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(hé)其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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