宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个fe2o3是什么化学名称，feo是什么化学名称星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)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轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一(yī)。

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所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的(de)方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差(chà)异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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