宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)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(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)日落胭脂红完整的诗句带拼音，日落胭脂红完整的诗句的意思系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这日落胭脂红完整的诗句带拼音，日落胭脂红完整的诗句的意思个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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