宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最文言文许行原文及翻译注释，文言文许行原文及翻译及注释快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(文言文许行原文及翻译注释，文言文许行原文及翻译及注释de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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