宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，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(shàng)，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng青金石价格一般多少，青金石价格一般多少一克)在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了(le)某种信号。经过了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(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非(fēi)常有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(青金石价格一般多少，青金石价格一般多少一克qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在(zài)青金石价格一般多少，青金石价格一般多少一克，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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