宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现害人精类似的三字词，像害人精这样的三字成语你还知道哪些星系(xì)团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ害人精类似的三字词，像害人精这样的三字成语你还知道哪些)当人们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行害人精类似的三字词，像害人精这样的三字成语你还知道哪些星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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