宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)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能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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