宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

30公分等于几厘米 30公分等于30厘米吗ata-ratio="0.5929919137466307" data-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(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tón30公分等于几厘米 30公分等于30厘米吗g)，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实(shí)验室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(rú)果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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