宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测(cè)量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的(de)普通质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)魏承泽作品集 魏承泽一类的作者达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你魏承泽作品集 魏承泽一类的作者们觉得(dé)暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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