宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进入其中。

使徒行者5个卧底分别是谁，使徒行者5个卧底分别是谁"1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释使徒行者5个卧底分别是谁，使徒行者5个卧底分别是谁的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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