宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“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(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它(tā)的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测除螨皂可以天天用吗，除螨皂对痘痘管用吗器(qì)，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到(dào)相同(t除螨皂可以天天用吗，除螨皂对痘痘管用吗óng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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