宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生方差分析英文缩写，方差分析英文翻译了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。<方差分析英文缩写，方差分析英文翻译/p>

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)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(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除(ch方差分析英文缩写，方差分析英文翻译ú)了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)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(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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