宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星(文言文许行原文及翻译注释，文言文许行原文及翻译及注释xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚文言文许行原文及翻译注释，文言文许行原文及翻译及注释在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhò文言文许行原文及翻译注释，文言文许行原文及翻译及注释u)当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀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(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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