宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家除螨皂可以天天用吗，除螨皂对痘痘管用吗根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zh除螨皂可以天天用吗，除螨皂对痘痘管用吗uàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发(fā)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(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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