宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引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力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。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(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存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在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在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现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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