宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

五线谱中leggiero是什么意思，五线谱里的legatotype="jpeg" data-w="1479" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/46f985a9e4c3e7e.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)五线谱中leggiero是什么意思，五线谱里的legato实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动力！

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