宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯直径26厘米等于多少寸，26厘米等于多少寸英寸韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 直径26厘米等于多少寸，26厘米等于多少寸英寸