宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可电动牙刷如何自w到高c，将电动牙刷放在小洞里作文(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(b电动牙刷如何自w到高c，将电动牙刷放在小洞里作文ù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le电动牙刷如何自w到高c，将电动牙刷放在小洞里作文)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)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的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)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(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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