宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

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的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905导管是什么意思 男生导管导多了会不孕不育吗。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发导管是什么意思 男生导管导多了会不孕不育吗(fā)射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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