宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

魏承泽作品集 魏承泽一类的作者 decoding="async" data-ratio="0.5500910746812386" 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，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各(gè)相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯魏承泽作品集 魏承泽一类的作者特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

未经允许不得转载：惠安汇通石材有限公司 魏承泽作品集 魏承泽一类的作者