宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(y科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容áng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并(科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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