宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

项数怎么求公式，等差数列的项数怎么求ecoding="async" data-ratio="0.5500910746812386" data-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(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底是不(bù)是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星(x项数怎么求公式，等差数列的项数怎么求īng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么(me)？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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