宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会(h水浒传鲁智深倒拔垂杨柳概括20字，水浒传鲁智深倒拔垂杨柳概括100字uì)沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(r水浒传鲁智深倒拔垂杨柳概括20字，水浒传鲁智深倒拔垂杨柳概括100字én)认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解水浒传鲁智深倒拔垂杨柳概括20字，水浒传鲁智深倒拔垂杨柳概括100字释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么(me)我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观(guān)测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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