宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另(lìng)一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)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)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体(t司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文ǐ)的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)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清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)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(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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