宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一个地方，area可数吗英语翻译，area什么时候可数什么时候不可数在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测量各(gè)个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质(zarea可数吗英语翻译，area什么时候可数什么时候不可数hì)，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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