宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

48k纸是多少厘米 48k纸是a4纸的一半吗src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(48k纸是多少厘米 48k纸是a4纸的一半吗de)形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一48k纸是多少厘米 48k纸是a4纸的一半吗(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不应该是这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相互(hù)作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出(chū)了数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)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森斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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