宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自除螨皂可以天天用吗，除螨皂对痘痘管用吗然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这种除螨皂可以天天用吗，除螨皂对痘痘管用吗向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīn除螨皂可以天天用吗，除螨皂对痘痘管用吗g)团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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