宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要(yào)快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(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(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致22寸是多少厘米力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

22寸是多少厘米oding="async" data-ratio="0.7504051863857374" data-type="jpeg" data-w="1234" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/82fd8b93a96870b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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