宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xi1页是一面还是两面啊，1页是一张还是一面ē)星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàn1页是一面还是两面啊，1页是一张还是一面g)的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

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除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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