宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)值此之际是什么意思春节，值此 之际了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yu值此之际是什么意思春节，值此 之际án)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)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(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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