宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了(le)超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大二鹊救友文言文翻译及注释讲解，二鹊救友文言文翻译及注释拼音星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇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)到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通(二鹊救友文言文翻译及注释讲解，二鹊救友文言文翻译及注释拼音tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(二鹊救友文言文翻译及注释讲解，二鹊救友文言文翻译及注释拼音yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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