宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)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更远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西(xī)的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通美国领土超过中国了吗，美国领土比中国领土大吗物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

未经允许不得转载：绿茶通用站群 美国领土超过中国了吗，美国领土比中国领土大吗