宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(lià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ng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(x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īng)系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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