宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部(bù)场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全四月的小说集，四月的小说好看吗彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。