宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这(我国的全民国家教育日是哪一天 我国法定全民国教育日zhè)样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的(de)温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标我国的全民国家教育日是哪一天 我国法定全民国教育日记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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