宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就(jiù)是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān昆明市属于几线城市，云南最好三个城市)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到(dào)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。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人员昆明市属于几线城市，云南最好三个城市们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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