宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星(xīng)系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文根号20等于多少 化简 根号怎么算学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。根号20等于多少 化简 根号怎么算尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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