宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人(rén)员开始(shǐ除螨皂可以天天用吗，除螨皂对痘痘管用吗)相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xī除螨皂可以天天用吗，除螨皂对痘痘管用吗ng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力！

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