宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测一切后果自负是什么意思，不然后果自负是什么意思量星系(xì)团中(zhōn一切后果自负是什么意思，不然后果自负是什么意思g)的各(gè)个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色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(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实(shí)验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

未经允许不得转载：绿茶通用站群 一切后果自负是什么意思，不然后果自负是什么意思