宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨写柔柳的四字词语有哪些，写春雨的四字词语大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，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。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(ná写柔柳的四字词语有哪些，写春雨的四字词语n)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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