宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(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(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们(men)使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

三眼蟹为什么没人吃，世界上最恐怖的螃蟹coding="async" data-ratio="0.5929919137466307" data-type="jpeg" data-w="1484" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/3b484d043bd3430.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也(yě)在(zài)以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)三眼蟹为什么没人吃，世界上最恐怖的螃蟹到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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