宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果(gfio2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uǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐfio2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)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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