宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)个子矮可以抱着做，矮个子抱起来做候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于(yú)银(yín)河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的(个子矮可以抱着做，矮个子抱起来做de)本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认为这可(kě)能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 个子矮可以抱着做，矮个子抱起来做