宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却(què)没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之本初是谁(zhī)间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(j本初是谁īng)进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力！

未经允许不得转载：中国书画艺术 本初是谁