宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(s花王牙膏为什么那么便宜，这三种牙膏千万别再买了hì)什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺(c花王牙膏为什么那么便宜，这三种牙膏千万别再买了hǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例花王牙膏为什么那么便宜，这三种牙膏千万别再买了是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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