宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

一寸是多长多少厘米，一寸是多长多宽a-ratio="0.5597331716191631" data-type="jpeg" data-w="1649" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

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除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力！

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