宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质。

没带罩子让捏了一节课感受据此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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