宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结(jié)果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

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所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于(相遇时间的公式 相遇时间怎么求yú)暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体遮(zhē)挡相遇时间的公式 相遇时间怎么求，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引(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(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们(men)之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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