宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)一文钱等于多少人民币，一贯钱相当于现在多少钱现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现一文钱等于多少人民币，一贯钱相当于现在多少钱(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

一文钱等于多少人民币，一贯钱相当于现在多少钱ata-w="1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星(xīng)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(shì)星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)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(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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