宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)雨水淋过的衣服晒干还能穿吗，雨水淋过的衣服晒干还能穿吗为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(j雨水淋过的衣服晒干还能穿吗，雨水淋过的衣服晒干还能穿吗iā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或雨水淋过的衣服晒干还能穿吗，雨水淋过的衣服晒干还能穿吗(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)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(men)通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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