宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

拙荆是什么意思，拙荆是什么意思-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(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng拙荆是什么意思，拙荆是什么意思)绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数(shù)十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，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理论的(de)有效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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