宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)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(jìn)行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)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，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们(men)需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒ阳光女孩用英语怎么写啊怎么读，阳光女孩用英语怎么写啊翻译u)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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