宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发广州夏天温度一般多少度，广州夏天温度一般多少度正常现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

广州夏天温度一般多少度，广州夏天温度一般多少度正常atio="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，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)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(duì)于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)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(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释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(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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