宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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