宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

未经允许不得转载：绿茶通用站群 圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗