宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了形容君子的成语有哪些，形容君子的成语有哪些词语万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)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(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)形容君子的成语有哪些，形容君子的成语有哪些词语味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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