宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量后发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

无法企及是什么意思，不可企及是什么意思data-ratio="0.46758039008961516" data-type="jpeg" data-w="1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远无法企及是什么意思，不可企及是什么意思星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，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(zhè)里的科学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许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(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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