宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xín堪用是什么意思拼音，堪是什么意思解释g)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球堪用是什么意思拼音，堪是什么意思解释又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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