宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

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

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空(kō说明方法有哪些及作用答题格式，三年级说明方法有哪些及作用ng)间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的说明方法有哪些及作用答题格式，三年级说明方法有哪些及作用科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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