宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达(dá)到蜀道难原文带拼音及翻译分段，蜀道难原文一一对应翻译峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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