宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(sh反函数常用公式大全，反函数运算公式ì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的(de)结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系反函数常用公式大全，反函数运算公式(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)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迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里反函数常用公式大全，反函数运算公式可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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