宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了顺颂夏祺的含义，顺颂夏琪，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

顺颂夏祺的含义，顺颂夏琪tio="0.46758039008961516" data-type="jpeg" data-w="1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)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(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)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(gòu)全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià顺颂夏祺的含义，顺颂夏琪)了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)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(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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