宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些首项和末项的公式是什么，小学等差数列基本的5个公式可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

首项和末项的公式是什么，小学等差数列基本的5个公式"https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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