宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)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(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很(h中考考几科,总分多少分，中考一般各科考多少分ěn)可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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