宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们方差分析英文缩写，方差分析英文翻译通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)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(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科方差分析英文缩写，方差分析英文翻译学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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