宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗zài)这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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