宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测(cè)量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是桃花谢了春红太匆匆全诗译文，桃花谢了春红太匆匆全诗拼音(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过对前(桃花谢了春红太匆匆全诗译文，桃花谢了春红太匆匆全诗拼音qián)景背景分离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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