宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的脱销什么意思啊，什么叫做脱销异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的(d脱销什么意思啊，什么叫做脱销e)轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不(bù)同(tóng)的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(me脱销什么意思啊，什么叫做脱销n)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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