宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这山登绝顶我为峰全诗李白，最霸气的十首诗些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”山登绝顶我为峰全诗李白，最霸气的十首诗，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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