宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(d错一个题就往阴里装一支笔e)力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系(xì)也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心错一个题就往阴里装一支笔2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引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(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到(dào)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)些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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