宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没(méi)有发(fā)现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里77年属什么今年多大，77年属什么今年多大2023茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)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(de)研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

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径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗77年属什么今年多大，77年属什么今年多大2023曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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