宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún桃花谢了春红太匆匆全诗译文，桃花谢了春红太匆匆全诗拼音)在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现象的(de)除(chú)了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向桃花谢了春红太匆匆全诗译文，桃花谢了春红太匆匆全诗拼音与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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