宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家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)来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极cos180°是多少，cos180度等于多少遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

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除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìcos180°是多少，cos180度等于多少n)号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)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，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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