宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万(过河的卒子歇后语是什么意思，过河卒子歇后语下一句wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu过河的卒子歇后语是什么意思，过河卒子歇后语下一句)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由(过河的卒子歇后语是什么意思，过河卒子歇后语下一句yóu)数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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