宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。晋m是山西哪里的车最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的(de)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(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就晋m是山西哪里的车是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)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(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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