宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道风采风彩两个词的区别是什么，风采风彩两个词的区别是什么，风采风彩两个词的区别在哪风采风彩两个词的区别在哪。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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