宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正投笔从戎的故事简介，投笔从戎的故事主人公是谁，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)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，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 投笔从戎的故事简介，投笔从戎的故事主人公是谁