宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài辨别方向的办法有哪些大自然二年级 怎样在野外辨别方向)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那辨别方向的办法有哪些大自然二年级 怎样在野外辨别方向么又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存(cún)在(zài)的(de)非常有力的(de)证据(jù)了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动(dòng)力(lì)！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 辨别方向的办法有哪些大自然二年级 怎样在野外辨别方向