宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律美甲建构是什么意思，语言建构是什么意思进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是(shì)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(cóng)这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算美甲建构是什么意思，语言建构是什么意思在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是(shì)集中美甲建构是什么意思，语言建构是什么意思在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时(shí)候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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