宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系(xì)的(de)运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的(de)规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目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(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

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自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太(tà宁波华茂外国语学校学费多少高中，宁波华茂外国语学校学费多少一学期i)阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有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(dàn)生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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