宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

撒贝宁个人资料简历 data-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，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)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(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)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(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实(shí)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，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)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(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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