宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

一美元等于多少美分,美元和美分的符号，一美元等于多少钱的人民币io="0.5500910746812386" data-type="jpeg" data-w="1647" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/7e58e8fcd62ac7f.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度(dù)应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的(de)恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变一美元等于多少美分,美元和美分的符号，一美元等于多少钱的人民币得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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