宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì50g是几两 50g是一两吗)量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)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了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒50g是几两 50g是一两吗星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 50g是几两 50g是一两吗