宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

手握日月摘星辰,世间无我这般人，李白的诗一剑霜寒十四州io="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(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún手握日月摘星辰,世间无我这般人，李白的诗一剑霜寒十四州)找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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