宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的(de)运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上area可数吗英语翻译，area什么时候可数什么时候不可数，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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