宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各(gè)个星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应(yīng)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(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuà汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市ng)的星系(xì)团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观(guān)测的(de)时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市50次的实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的(de)运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

未经允许不得转载：绿茶通用站群 汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市