宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的天(ti赵丽颖一女战五男什么梗，赵丽颖叫玉镯是形容什么ān)体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学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(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微(wēi)小差异(yì)赵丽颖一女战五男什么梗，赵丽颖叫玉镯是形容什么。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们赵丽颖一女战五男什么梗，赵丽颖叫玉镯是形容什么地(dì)球上(shàng)的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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