宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tà磨刀不误砍柴工这句话是什么意思-简短介绍，磨刀不误砍柴工相似的句子i)阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)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(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)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(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超(chāo磨刀不误砍柴工这句话是什么意思-简短介绍，磨刀不误砍柴工相似的句子)过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的(de)动力！

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