宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观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(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。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(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直(z司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文hí)接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文中心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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