宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàn福建省面积多少万平方公里 福建省是南方吗g)”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。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(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是(shì)不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大(dà)的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个(g福建省面积多少万平方公里 福建省是南方吗è)实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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