宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(防晒衣买什么颜色的好，七种颜色防紫外线排行gè)词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)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2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的。那么又(y防晒衣买什么颜色的好，七种颜色防紫外线排行òu)有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不(bù)是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 防晒衣买什么颜色的好，七种颜色防紫外线排行