宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的(d2023年石油会暴涨吗，今日油价格表e)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理2023年石油会暴涨吗，今日油价格表论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的(de)电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)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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