宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)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，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研12岁小女孩拔萝卜怎么拔，拔萝卜又叫又疼的过程究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是(shì)无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zh12岁小女孩拔萝卜怎么拔，拔萝卜又叫又疼的过程uǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng12岁小女孩拔萝卜怎么拔，拔萝卜又叫又疼的过程)这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差(chà)异也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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