宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是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(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是(一米等于多少微米等于多少纳米，一厘米等于多少微米shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运动是可(kě)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，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间一米等于多少微米等于多少纳米，一厘米等于多少微米。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也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(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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