宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光冯石原型人物是谁 冯石陆光达原型谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进冯石原型人物是谁 冯石陆光达原型行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(b冯石原型人物是谁 冯石陆光达原型ù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进(jìn)一(yī)步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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