宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看昆明市属于几线城市，云南最好三个城市(kàn)不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物昆明市属于几线城市，云南最好三个城市质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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