宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)擅长和善于的区别，擅长和善长的区别造句些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的(擅长和善于的区别，擅长和善长的区别造句de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，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(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能(néng)拭(s擅长和善于的区别，擅长和善长的区别造句hì)目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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