宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻(ch嬉水与戏水的意思，婷婷荷花鱼戏水的意思è)底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么(me)来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēn嬉水与戏水的意思，婷婷荷花鱼戏水的意思g)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

未经允许不得转载：绿茶通用站群 嬉水与戏水的意思，婷婷荷花鱼戏水的意思