宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中倒装句是什么意思举例 语文，倒装句是什么意思举例暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的(de)非(fēi)常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们(men)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(gèng)新的动力！

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