宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系(xì)绿豆汤的热量是多少大卡团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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