宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看10的负3次方等于多少 10的负3次方平方厘米等于多少平方米到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对这样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的(de)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(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

10的负3次方等于多少 10的负3次方平方厘米等于多少平方米="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/3b484d043bd3430.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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