宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进(j司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文ìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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