宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(y鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的ì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)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(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。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。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的