宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

10公斤滚筒洗衣机尺寸长宽高，一般洗衣机的尺寸是多少厘米a-w="1479" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/46f985a9e4c3e7e.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足10公斤滚筒洗衣机尺寸长宽高，一般洗衣机的尺寸是多少厘米够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)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(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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