宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(gu齿轮计算公式汇总，齿轮全齿高计算公式ǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进齿轮计算公式汇总，齿轮全齿高计算公式化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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