宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多来(lái)源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度(dù)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(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(s世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多hù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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