宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，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(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的沈阳所有中专学校名单一览表，沈阳所有中专学校名单表附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上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(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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