宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测邵阳学院是几本大学仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了(le)一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同(邵阳学院是几本大学tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

未经允许不得转载：绿茶通用站群 邵阳学院是几本大学