宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的(de)例(lì)子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)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(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释(sh77年属什么今年多大，77年属什么今年多大2023ì)暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)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(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物77年属什么今年多大，77年属什么今年多大2023质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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