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宇宙是“人为创造”的证据?颠覆科学认知的暗物质!竟是生命诞生的基础?

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宇宙是“人为制造”的?为何会存在科学无法解释的“暗物质”?暗物质又究竟是什么?人类为了寻找暗物质存在的证据,科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验,但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方,在1687年出版的自然哲学数学原理一书中,埃萨克牛顿发表了万有引力定律,它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来,当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常,不符合万有引力定律的时候,他们就会知道,周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年,奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常,推算并且发现了海王星的存在。另外,哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中,可当我们上升到星系或者是星团的尺度,事情就开始变得诡异了。

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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系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团,这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法,当两种方法结果一致,就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量",需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算,是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后,兹威基彻底懵了,“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着,后发座星系团有99%的质量消失了,或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在,我们无法看到。最诡异的是,在测量速度的过程中,兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多,按照牛顿的运动学定律,仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的,它们早就应该被抛出星系团之外了,除非有一种神秘的力量在起作用,这种力量来源于某种隐形的物质。

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据此,兹维基提出了这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宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后,“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说,距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加,恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律,在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们,这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象,科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在,这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离,以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果,就认为是由暗物质的力量进入其中。

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于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素,发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外,太阳系位于银河系的第三悬臂之上,距离银河系中心2.6万光年,根据万有引力定律进行计算,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220千米/秒的速度围绕银河系旋转,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度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质,是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始,越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度,估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是,暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中,科学家们发现,几乎没有引力效应的遥远恒星之间,也会出现速度上的微小差异。另外,天文学家还发现了一个反常的星系,叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年,大小和银河系不多,但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

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所以在理论上,该星系必须存在暗物质,否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后,发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出,也许该星系的暗物质,已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是,它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外,另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面,引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的,这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道,按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度,引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用,科学家还引入了外部场效应的概念,指的是在数百万光年的规模上,巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果,这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立,这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正,这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据,这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

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径向距离为37亿光年的子弹星系团,由两个碰撞的星系团所组成,类似这样的星团,它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候,星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高,速度大幅降低。所以在理论上,在碰撞之后,子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。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?前不久,詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片,在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了,也不是韦伯望远镜出了什么问题,而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡,这个超大质量的东西的引力,会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候,发现它的大质量区域并不是在中间,而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时,可被观测到的质量气体被卡在了中间,暗物质则直接通过了这个区域,并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

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除此之外,还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始,38万年之后,可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后,这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域,蓝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一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现,如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,才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值,我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架,就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子,它们不参与任何其他的电磁作用,只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在,就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么?科学家们已经提出了数十种的假想目标,而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中,人类为了寻找这些看不见、摸不到,几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”,科学家们已经进行了超过50次的实验,却没有任何实质性的发现,除了一个地方,意大利的格兰萨索山,隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中,藏着地球上最大的地学实验室,这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器,一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

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自1997年以来,这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集,人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值,然后在11月降到最低,而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢?刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动,那么如果暗物质存在宇宙当中,这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流,这个过程中会产生相应的振荡,同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间,地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的,而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候,地球与太阳的方向正好达到完全一致,这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份,又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中,太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜,但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释,研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况,造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪,甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

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所以,科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室,这里的季节与之前的实验室正好相反,而在这里,地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此,如果在这里可以得到相同的信号,就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久,所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外,在2025年,NASA将会发射一台新的望远镜,这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”,它的主镜大小跟哈勃望远镜相同,但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘,对于探测的结果,我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现,如果暗物质存在,它们极有可能拥有另一种神秘的效应,这种暗物质效应,会支持宇宙当中生命的诞生,或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实,那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢?或许在宇宙当中某个角落的行星上,暗物质正在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质存在的实际证据。那么小伙伴们,你们觉得暗物质到底存不存在呢?喜欢请点赞,你的支持是我更新的动力!

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