宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这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(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当(d陈万年教子文言文翻译注释和启示，文言文《陈万年教子》翻译āng)中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)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)星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(li陈万年教子文言文翻译注释和启示，文言文《陈万年教子》翻译ǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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