宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

八千米多少公里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，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不(bù)到的(de)物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于(y八千米多少公里ú)寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不八千米多少公里孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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