宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

太深是一种什么体验，太深是不是不好e="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)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛太深是一种什么体验，太深是不是不好出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

太深是一种什么体验，太深是不是不好于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用，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(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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