宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足(zú)够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基(jī)于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种德国有多大面积，德国相当于中国哪个省相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大(dà德国有多大面积，德国相当于中国哪个省)于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后(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(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(德国有多大面积，德国相当于中国哪个省guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测(cè)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(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 德国有多大面积，德国相当于中国哪个省