宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡先公四岁而孤全文翻译及注释，先公四岁而孤全文翻译答案异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng先公四岁而孤全文翻译及注释，先公四岁而孤全文翻译答案)系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足(zú)够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一(yī)种我们(men)看不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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