宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到(dào)两种三角函数中cscx等于什么，三角函数中cscx等于什么意思方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢三角函数中cscx等于什么，三角函数中cscx等于什么意思(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)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(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客三角函数中cscx等于什么，三角函数中cscx等于什么意思的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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