宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所适合初中生的网课平台免费，国家提供的免费网课平台存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气(qì)体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

未经允许不得转载：太仓网站建设,太仓网络公司,太仓网站制作,太仓网页设计,网站推广-昆山云度信息科技有限公司 适合初中生的网课平台免费，国家提供的免费网课平台