宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系萝卜丁是最贵的口红吗，世界十大奢华口红品牌(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是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(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)萝卜丁是最贵的口红吗，世界十大奢华口红品牌家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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