宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

三传一反指的是什么意思，三传一反指的是反应动力学ding="async" data-ratio="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，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的(三传一反指的是什么意思，三传一反指的是反应动力学de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的(de)动力！

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