宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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