宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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