宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为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行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科司马相如的长门赋原文和译文注释，司马相如的长门赋原文和译文(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(d司马相如的长门赋原文和译文注释，司马相如的长门赋原文和译文e)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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