宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)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(de)结果，就认为是(shì)由暗物质(z生乎吾前其闻道也固先乎吾翻译句式，生乎吾前其闻道也固先乎吾翻译成现代汉语hì)的力量进入其中(zhōng)。

生乎吾前其闻道也固先乎吾翻译句式，生乎吾前其闻道也固先乎吾翻译成现代汉语src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/67429f249a21ea5.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

于是科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示生乎吾前其闻道也固先乎吾翻译句式，生乎吾前其闻道也固先乎吾翻译成现代汉语相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)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)现暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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