宇宙是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

鲨鱼裤和打底裤什么区别，鲨鱼裤跟打底有什么区别atio="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(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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