宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合光速每秒多少公里绕地球多少圈，光速每秒多少米万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，光速每秒多少公里绕地球多少圈，光速每秒多少米“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 光速每秒多少公里绕地球多少圈，光速每秒多少米