宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗(àn西气东输的起点与终点，西气东输的起止点是哪里？)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)西气东输的起点与终点，西气东输的起止点是哪里？小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(西气东输的起点与终点，西气东输的起止点是哪里？jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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