宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们(men)会(huì)使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)魏风伐檀原文及翻译注音，伐檀原文及翻译注音第一自然段发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星魏风伐檀原文及翻译注音，伐檀原文及翻译注音第一自然段际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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