宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望反函数常用公式大全，反函数运算公式远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)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(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符反函数常用公式大全，反函数运算公式合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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