宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

电动仙女棒是什么东西，仙女棒是用来干嘛的oding="async" data-ratio="0.6186612576064908" data-type="jpeg" data-w="1479" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/46f985a9e4c3e7e.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上电动仙女棒是什么东西，仙女棒是用来干嘛的(shàng)，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么(me)又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达电动仙女棒是什么东西，仙女棒是用来干嘛的(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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