宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

r在数学集合中是什么意思啊，r在数学集合中表示什么type="jpeg" data-w="1647" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/7e58e8fcd62ac7f.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了(le)，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(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐnr在数学集合中是什么意思啊，r在数学集合中表示什么)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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