宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前寿眉是最差的白茶吗，寿眉是什么档次的茶不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们(men)已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。