宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

鱼目混珠这个故事，鱼目混珠的典故decoding="async" data-ratio="0.5929919137466307" data-type="jpeg" data-w="1484" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/3b484d043bd3430.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红鱼目混珠这个故事，鱼目混珠的典故外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

未经允许不得转载：营口焊闯人力资源有限公司 鱼目混珠这个故事，鱼目混珠的典故