宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗(tí)供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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