宇宙是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种湖南信息学院是几本公办的吗，湖南信息学院是几本,学费多少方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的(de)，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(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(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的(de)数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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