宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物抖音音乐排行榜，2022年最好听的十首最火歌曲(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动(dòng)力(lì)！

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