宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(于令仪不责盗文言文翻译注释，于令仪不责盗古文翻译zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些于令仪不责盗文言文翻译注释，于令仪不责盗古文翻译推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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