宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de推敲文言文原文及翻译注音，推敲文言文原文及翻译注释)。那么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的推敲文言文原文及翻译注音，推敲文言文原文及翻译注释(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了(le)一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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