宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗长城有什么特点和景观特点 长城是谁修建的星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)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(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。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也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的动(dòng)力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 长城有什么特点和景观特点 长城是谁修建的