宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的gta5怎么切换角色巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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