宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们(men)却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大fio2吸氧浓度计算公式中的4是什么意思，氧合指数的计算公式小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wfio2吸氧浓度计算公式中的4是什么意思，氧合指数的计算公式ǒ)更新的动力！

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