宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维泰伯改字文言文翻译及注释，泰伯改字文言文翻译及原文基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí泰伯改字文言文翻译及注释，泰伯改字文言文翻译及原文)动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)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、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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