宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)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)，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程当中存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说(81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么(me)小伙(huǒ)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(zhī)持是我更新的动力(lì)！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程