宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(z什么叫垂足和垂点，什么叫垂足四年级hōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。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，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期什么叫垂足和垂点，什么叫垂足四年级(qī)信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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