宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(q范宣年八岁文言文翻译及注释感悟，范宣年八岁文言文翻译及注释拼音uè)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来(lái)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(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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