宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米陈万年教子文言文翻译注释和启示，文言文《陈万年教子》翻译/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是(sh陈万年教子文言文翻译注释和启示，文言文《陈万年教子》翻译ì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，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(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)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(yī)台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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