宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

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

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达安徽财经大学选课系统，安徽财经大学教务处官网点学生系统安徽财经大学选课系统，安徽财经大学教务处官网点学生系统an>到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，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(liú)的(de)运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

未经允许不得转载：惠安汇通石材有限公司 安徽财经大学选课系统，安徽财经大学教务处官网点学生系统