宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

未经允许不得转载：绿茶通用站群 江苏高考为啥用全国卷，全国高考看江苏下一句