宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事(shì)情(q2023年中国贫困地区有哪些，中国贫困地区有哪些县íng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们(men)束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yu2023年中国贫困地区有哪些，中国贫困地区有哪些县ǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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