宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速(sù马后炮是什么意思比喻什么人，马后炮是什么意思比喻什么)度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相(马后炮是什么意思比喻什么人，马后炮是什么意思比喻什么xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过(guò)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(àn)物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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