宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天ln的公式大全，ln4-ln2等于多少文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域(yù)并不(bù)是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)ln的公式大全，ln4-ln2等于多少”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。ln的公式大全，ln4-ln2等于多少

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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