宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河fe2o3是什么化学元素(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hfe2o3是什么化学元素òu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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