宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒ电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗u)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)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(zī)威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发(fā)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，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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