宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。<反正切函数的导数推导过程，反正弦函数的导数/p>

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作(zuò)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(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

反正切函数的导数推导过程，反正弦函数的导数 data-type="jpeg" data-w="1234" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/82fd8b93a96870b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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