宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星什么的山峰填合适的词二年级，什么的山峰填合适的词三年级系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好(什么的山峰填合适的词二年级，什么的山峰填合适的词三年级hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质(zhì)会(huì)不(bù)会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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