宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离20分米等于多少米 20分米等于多少厘米中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离20分米等于多少米 20分米等于多少厘米星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东20分米等于多少米 20分米等于多少厘米西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其(qí)他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

未经允许不得转载：橘子百科-橘子都知道 20分米等于多少米 20分米等于多少厘米