宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了(le)司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

未经允许不得转载：重庆三峡中心医院、三峡中心医院、中心医院 司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文