宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、使我不得开心颜上一句是什么冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

使我不得开心颜上一句是什么 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(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足使我不得开心颜上一句是什么够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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