宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原(y晋m是山西哪里的车uán)理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

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

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很可(kě)能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)晋m是山西哪里的车系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1晋m是山西哪里的车000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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