宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)的速(sù)度(dù)比理论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到什么春白雪是什么成语，什么春白雪是什么成语40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 什么春白雪是什么成语，什么春白雪是什么成语