宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)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，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星临沂是几线城市，临沂是几线城市2023(xīng)系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men临沂是几线城市，临沂是几线城市2023)大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域(yù)到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架(jià)，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(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒临沂是几线城市，临沂是几线城市2023子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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