宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tu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án)观(guān)测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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