宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了ata-ratio="0.5500910746812386" data-type="jpeg" data-w="1647" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/7e58e8fcd62ac7f.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(s魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了hì)暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为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，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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