宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(竹林七贤顺口溜记忆法，建安七子顺口溜怎么读chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发(fā)现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 竹林七贤顺口溜记忆法，建安七子顺口溜怎么读