宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng数学集合符号大全图解，数学集合符号大全及意义)据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们(men)使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是数学集合符号大全图解，数学集合符号大全及意义一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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