宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)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(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不(bù162邮箱怎么登陆，162邮箱登录登录入口)够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(l162邮箱怎么登陆，162邮箱登录登录入口e)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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