宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de2021泰安中考成绩查询入口网站，2021泰安中考成绩查询入口在哪)速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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