宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shē昆明市属于几线城市，云南最好三个城市n)并不是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)昆明市属于几线城市，云南最好三个城市系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数(shù昆明市属于几线城市，云南最好三个城市)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号(hào)的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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