宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射(sh邵阳学院是几本大学è)光，但是(shì)它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因(yīn)很可能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(y邵阳学院是几本大学ǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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