宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法亚磷酸是几元酸怎么判断，硼酸是几元酸怎么判断(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(x亚磷酸是几元酸怎么判断，硼酸是几元酸怎么判断iào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可(kě)能(néng)是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得(dé)到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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