宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒(h推敲文言文原文及翻译注音，推敲文言文原文及翻译注释éng)星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目推敲文言文原文及翻译注音，推敲文言文原文及翻译注释以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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