宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，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(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质(zh蒋欣现任老公是谁 蒋欣是科班出身吗ì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(蒋欣现任老公是谁 蒋欣是科班出身吗rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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