宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始磨刀不误砍柴工这句话是什么意思-简短介绍，磨刀不误砍柴工相似的句子，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中磨刀不误砍柴工这句话是什么意思-简短介绍，磨刀不误砍柴工相似的句子(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)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(zhōu)期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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