宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

子集是什么意思，非空真子集是什么意思ding="async" data-ratio="0.5597331716191631" data-type="jpeg" data-w="1649" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fē子集是什么意思，非空真子集是什么意思n)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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