宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé阿富汗改名现在叫什么)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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