宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究发胶必须当天洗吗，发胶怎么洗掉(jiū)人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存(c发胶必须当天洗吗，发胶怎么洗掉ún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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