宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)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(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当area可数吗英语翻译，area什么时候可数什么时候不可数星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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