宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方(f王杰2001年后嗓子变了谁下的毒，王杰2001年后嗓子变了还唱歌吗āng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)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(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 王杰2001年后嗓子变了谁下的毒，王杰2001年后嗓子变了还唱歌吗