宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要(y适合初中生的网课平台免费，国家提供的免费网课平台ào)对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看(kàn)适合初中生的网课平台免费，国家提供的免费网课平台到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

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除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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