宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期(qī)实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù魏风伐檀原文及翻译注音，伐檀原文及翻译注音第一自然段)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运(yù魏风伐檀原文及翻译注音，伐檀原文及翻译注音第一自然段n)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河(hé)系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些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(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和(hé)我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不(bù)是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)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，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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