宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的(de)巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)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(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(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(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验(认真地还是认真的写作业，认真的与认真地yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

认真地还是认真的写作业，认真的与认真地coding="async" data-ratio="0.7504051863857374" data-type="jpeg" data-w="1234" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/82fd8b93a96870b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(y认真地还是认真的写作业，认真的与认真地ì)味着我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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