宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却认真地还是认真的写作业，认真的与认真地没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出(chū)现速(sù认真地还是认真的写作业，认真的与认真地)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所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实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

未经允许不得转载：中国书画艺术 认真地还是认真的写作业，认真的与认真地