宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物(wù)质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个(gè)大(dà)星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(水娃是几娃？ 水娃是什么颜色céng)楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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