宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹拉普拉斯分块矩阵公式例题，拉普拉斯分块矩阵公式副对角线威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

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

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(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(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在星系(xì)的(de)气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观拉普拉斯分块矩阵公式例题，拉普拉斯分块矩阵公式副对角线测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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