宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1兆欧等于多少千欧，1兆欧等于多少欧姆单位换算-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(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，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(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。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(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到(dào)底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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