宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

磨刀霍霍向牛羊全诗，磨刀霍霍向牛羊是哪首诗上的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(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系(x磨刀霍霍向牛羊全诗，磨刀霍霍向牛羊是哪首诗上的ì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲磨刀霍霍向牛羊全诗，磨刀霍霍向牛羊是哪首诗上的了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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