宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的(de)结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng杨震四知的文言文翻译及注释及翻译，杨震四知文言文原文及翻译)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)杨震四知的文言文翻译及注释及翻译，杨震四知文言文原文及翻译/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和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(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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