宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过桃花谢了春红太匆匆全诗译文，桃花谢了春红太匆匆全诗拼音程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(l桃花谢了春红太匆匆全诗译文，桃花谢了春红太匆匆全诗拼音ì)外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)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(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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