宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(j文章中副标题的格式怎么写，文章中副标题的格式要求ié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēn文章中副标题的格式怎么写，文章中副标题的格式要求g)命进化的(de)一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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