宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那(nà)么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着a的负一次方是多少矩阵，a的负一次方是多少线性代数。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下a的负一次方是多少矩阵，a的负一次方是多少线性代数矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和(hé)第一(yī)个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

未经允许不得转载：腾众软件科技有限公司 a的负一次方是多少矩阵，a的负一次方是多少线性代数