宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大尿布疹擦红霉素软膏效果好吗，尿布疹红霉素软膏一天涂几次星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiān尿布疹擦红霉素软膏效果好吗，尿布疹红霉素软膏一天涂几次g)反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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