宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更洗面奶含皂基成分好不好，长期使用氨基酸洗面奶的危害(gèng)新的动力！

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