宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原c上标3下标5怎么算公式，c上标2下标5怎么算(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。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(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的(de)各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)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(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“Dc上标3下标5怎么算公式，c上标2下标5怎么算AMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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