宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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