宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿1ma等于多少a，1ua等于多少a(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢1ma等于多少a，1ua等于多少a值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的(de)差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 1ma等于多少a，1ua等于多少a