宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定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(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年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，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在(zài)的(de)物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)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)存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)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(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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