宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的(de)运行速度就顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉