宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量燃气换金属管是骗局吗，燃气需要换金属管吗占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所燃气换金属管是骗局吗，燃气需要换金属管吗(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的燃气换金属管是骗局吗，燃气需要换金属管吗情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)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。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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