宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)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(liàng)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(qì)体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来独善其身是什么意思啊 独善其身是褒义还是贬义解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn独善其身是什么意思啊 独善其身是褒义还是贬义)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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