宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观(guān)测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了(le)数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yá西气东输的起点与终点，西气东输的起止点是哪里？ng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论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(dào)了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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