宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团睡午觉和不睡午觉有什么区别，为什么不爱午睡的孩子智商高的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味着睡午觉和不睡午觉有什么区别，为什么不爱午睡的孩子智商高。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，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(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 睡午觉和不睡午觉有什么区别，为什么不爱午睡的孩子智商高