宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式夺笋啊是什么意思网络用语，夺笋啊是什么意思网络用语怎么说所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(夺笋啊是什么意思网络用语，夺笋啊是什么意思网络用语怎么说zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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