宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了(le)这样(yàng)部(bù)分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法就是(sihì)当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)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，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性i。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

未经允许不得转载：泉州电动车网 福建骑行网 i