宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

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

第二种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

宁波慈溪的邮编是多少type="jpeg" data-w="1897" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科(kē)学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观宁波慈溪的邮编是多少测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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