宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，吴亦凡还出得来吗奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

吴亦凡还出得来吗="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于(yú)是(shì)科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)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(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什吴亦凡还出得来吗么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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