宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo831143是什么意思)暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动831143是什么意思所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野(yě)是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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