宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能(néng)非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻(x非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么ún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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