宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星九年一贯制教育是什么意思啊，九年一贯制啥意思系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā九年一贯制教育是什么意思啊，九年一贯制啥意思)维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引九年一贯制教育是什么意思啊，九年一贯制啥意思力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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