宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对(duì)现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星向华强敢惹霍家吗，向华强和霍家哪个厉害(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 向华强敢惹霍家吗，向华强和霍家哪个厉害