宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的(de)结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)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(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

无法企及是什么意思，不可企及是什么意思atio="0.46758039008961516" data-type="jpeg" data-w="1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实(s无法企及是什么意思，不可企及是什么意思hí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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