宇宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到35c到底有多大，35c是多少宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最35c到底有多大，35c是多少先进的望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

35c到底有多大，35c是多少a-type="jpeg" data-w="1484" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/3b484d043bd3430.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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