宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时(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shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合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这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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