宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离(lí)星系中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些(xarea可数吗英语翻译，area什么时候可数什么时候不可数iē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人(rén)类area可数吗英语翻译，area什么时候可数什么时候不可数对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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