宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了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，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。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当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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