宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬(xuán)臂之昆仑山在哪个省哪个市，昆仑山在哪个省哪个市哪个县上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

昆仑山在哪个省哪个市，昆仑山在哪个省哪个市哪个县ding="async" data-ratio="0.5597331716191631" data-type="jpeg" data-w="1649" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/18fc0a6e444b507.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的(de)速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗(àn)物(wù)质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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