宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

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

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们(men)大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星(xīng)系(xì)的(de)气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是超大质量夏天家中有小飞虫怎么办 夏天家中有小飞虫怎么消灭的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情(夏天家中有小飞虫怎么办 夏天家中有小飞虫怎么消灭qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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