宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)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(kē)学家们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在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以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流(li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ú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，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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